大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动影响因素分析

发布时间：2019-07-19 13:49

【摘要】：以黄韩侯铁路新黄河特大桥156m简支钢桁梁桥作为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合进行仿真分析。从桥梁结构的桥门架、宽跨比、曲线钢桁梁桥和车辆系统的轨道不平顺以及货车编组角度出发,研究大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动的影响因素。经过计算分析得出:钢桁梁桥桥门架对桥梁跨中加速度影响较大;曲线钢桁梁桥随着线路半径的增大,各车辆动力响应参数逐渐变小,轮轨力受到影响;钢桁梁桥宽跨比的增加使得横向刚度随之增加,桥梁横向振动变小;各项车辆动力响应均随着轨道情况变差而总体呈现逐渐增大趋势,车辆安全性、舒适性和平稳性指标逐渐变差;全列空车编组和空重混编对钢桁梁车-桥耦合系统是不利的编组形式,实际情况中应该避免。
【图文】：

图１全桥有限元模型Ｆｉｇ．１Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｂｒｉｄｇｅ

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ａｌＭｅｃｈａｎｉｓｍ）进行仿真。车辆间通过三维车钩和缓冲装置进行连接，并考虑轮轨关系，建立完整三维空间模型，每辆车计４２个自由度。从轨顶开始自下而上建立模型，采用６自由度的标准轮对，随后建立转向架模型，如图２（ａ）所示，用一系悬挂系统连接轮对与转向架，建立转向架后用二系悬挂系统连接车体，得到车辆模型。机车采用ＨＸＤ１Ｄ型电力牵引机车，如图２（ｂ）所示；客车采用２５Ｋ型客车，如图２（ｃ）所示；货车采用Ｃ８０型货车，如图２（ｄ）所示。图２车辆模型Ｆｉｇ．２Ｔｒａｉｎｍｏｄｅｌｓ３．３车－桥耦合系统建立对于车－桥耦合系统的建立采用ＡＮＳＹＳ－ＵＭ软件联合进行仿真模拟。首先通过所建立ＡＮＳＹＳ桥梁模型，运算得到其质量、刚度矩阵以及振型；然后调用ＡＮＳＹＳ中的宏文件ｕｍ．ｍａｃ自动运行ＡＮ－ＳＹＳ与ＵＭ软件的接口程序ＡＮＳＹＳ－ＵＭ，经过数据转换生成包括质量矩阵、刚度矩阵（．ｆｕｍ）文件和模态振型（．ｒｓｔ）在内的桥梁结构文件；随后利用ＵＭＩｎｐｕｔ的Ｗｉｚａｒｄｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ将生成数据导入得到ＵＭ软件中。把建立好的三维车辆模型在桥梁模型上进行加载，设置轮轨关系，选用６０ｋｇ／ｍ标准断面轨和ＬＭＡ型磨耗踏面，，线路按直线段考虑，为减小车辆起动初始振动的影响，线路铺设距离桥头５０ｍ，采用美国不平顺５级轨道谱以及人工构造轮对蛇形波作为系统激励源。通过ＵＭ２０７第３９卷第２期陈敦，等：大跨度简支钢桁梁桥车－桥耦合振动影响因素分析
【作者单位】：中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室;中国科学院大学;兰州交通大学土木工程学院;中交第一公路勘察设计研究院有限公司高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(41401077,41630636) 中国科学院西部之光“西部博士”项目(51Y351211)
【分类号】：U441.3

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